机电一体化第1章绪论

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1、机电一体化系统设计,第一章 绪论,一、机电一体化的特点 信息时代，微电子技术、计算机技术、信息技术飞速发展与渗透，所有领域。以微型计算机为代表的微电子技术逐步向机械领域渗透，并与机械技术有机地结合。 “机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。 日本最早用“机电一体化”(Mechatronics)，是Mechanics(机械学)与 Electronics (电子学)组合而成。 还有“机械电子”、“机电液一体化”、“光机电一体化”等说法！ 机电一体化技术 机电一体化产品,机电一体化是在机械的主功能、动力功能

2、、信息功能和控制功能上引用微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 相关的多技术相互交叉、 有机结合、融为一体，从“系统”的角度做整体设计分析。 “系统”的分析、设计概念 说明 计算机技术、信息技术为机械增添了“头脑”和“神经”，给机械以“智能”，增加了新的功能和性能。 机电一体化设备特点：自动化、智能化，功能、性能强大，灵活性，节能省材，小、轻、精等 机电一体化时代，机电一体化革命,二、机电一体化系统的组成及功能 1、系统的组成要素 机电一体化系统（产品）主要由以下五个子系统组成： 机械系统(机构)、 电子信息处理系统(计算机)、 动力系统(动力源)、 传感检测

3、系统(传感器)、 执行元件系统(如电动机) 对应的共性关键技术有：精密机械技术、检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术及系统总体技术等。,系 统 （产 品） 基 本 构 成 实 例,全闭环系统,半闭环系统,机电一体化系统要素与人体组成要素,机电一体化设备的智能化、多样化。 仿生,2、系统的功能 物质、能量和信息称为工业三大要素。机电一体化系统要求根据不同的使用目的，使系统能对输入要素进行处理，输出所需要的物质、能量和信息。 三个“目的功能” : （1）变换(加工、处理)功能； （2）传递(移动、输送)功能； （3）储存(保持、积蓄、记录)功能。,系统的目的功能,CNC机床的内部

4、功能构成,系统的主要内部功能： 主功能、动力功能、控制功能、构造功能、计测功能,主 功 能： 实现系统“目的功能”直接必需的功能 。 动力功能： 向系统提供动力、让系统得以运转的功能 。 计测功能： 对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处 理的功能。 控制功能： 对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施 “目的功能”。 构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间 和空间上的相互关系所必需的功能 。,3、机电一体化系统构成要素的相互连接 机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系

5、条件，这些联系条件就可称为接口（interface）。 机电一体化系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为整个系统性能好坏的决定性因素。在某种意义上讲，机电一体化系统设计主要是“接口”。,机电一体化系统组成要素之间的相互联系,根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种： 1)零接口。不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线柱、传动轴、导线、电缆等。 2）无源接口。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜等。 3)有源接口。含有有源要素

6、、主动进行匹配的接口，称为有源接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转换器以及力矩变换器等。 4)智能接口。含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口，称为智能接口。 例如自动变速装置， 通用输入输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。,机电一体化系统 的功能评价：,三、机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 对应于工业三大要素，机电一体化的三大效果分别为：省能源、省资源、智能化。 机电一体化系统(产品)的主要特征是自动化操作。因此。设计人员应从其通用性、耐环境性、可靠性、经济性的观点进行综合分析，使系统(或产品)充分发挥机电一

7、体化的三大效果。 为充分发挥机电一体化的三大效果,使系统(或产品)得到最佳性能，1、要求设计机械系统时应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数；2、要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数，综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充,充分体现机电一体化的优越性。,1、机电一体化系统（产品）设计的考虑方法： 1) 机电互补法 机电互补法又称取代法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。 2) 结合(融合)法 它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)

8、，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。 3) 组合法 它是将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。,2、机电一体化系统 的设计类型 1）开发性设计 它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。 2)适应性设计 它是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。 3)变异性设计 它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。,机电一体化系统(产品) 的设计流程,机电一体化系统开发工程的流程,